電氣系統(tǒng)課件

明陽1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)介紹

明陽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)構(gòu)成明陽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)主要包括：1、控制系統(tǒng)

1.1、主控控制系統(tǒng)1.2、變槳控制系統(tǒng)

1.3、偏航控制系統(tǒng)2、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)3、變頻器明陽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)構(gòu)成1.1風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

MY1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)是在Beckhoff提供的TwinCAT環(huán)境下，用PLC語言開發(fā)的一個PLC控制系統(tǒng)。軟件是基于安全和控制原理圖設(shè)計的。明陽1.5MW控制通訊系統(tǒng)機(jī)艙柜通過光纜和塔基柜的主控制器相連接。整個控制系統(tǒng)以總線方式連接，控制端子符合EtherCAT總線標(biāo)準(zhǔn)。通過CANbus接口，實(shí)現(xiàn)振動監(jiān)控和變頻器的連接。通過Profibus/CANbus接口，實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)的連接。通過EtherNet接口，將風(fēng)機(jī)接入以太網(wǎng)，組成集散控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)簡介塔基控制柜、機(jī)艙控制柜機(jī)艙柜塔基柜采用Beckhoff公司產(chǎn)品?？刂乒馪LC模塊主要分為輸入、輸出、電源、通訊模塊輸入模塊可分為DI、AI模塊。DI模塊：即數(shù)字量輸入模塊。它包括EL1004，KL1904。AI模塊：即模擬量輸入模塊。它包括KL5001，KL5151\51，KL3042，KL3204。PLC簡介輸出模塊是DO模塊。它包括KL2404，KL2424，KL2904。電源模塊：它包括EL9100(+24v)，EL9400(+24V)，KL9550(+24V)KL9540(+24V)，EL9187(0V)。通訊模塊：EK1100,EL6751(CANBUS),EL6731(Profibus),CX1020,EK1110PLC簡介200個分布在機(jī)艙和塔基的IO點(diǎn)通過總線傳輸?shù)絇C控制器上。數(shù)據(jù)實(shí)時掃描時間10毫秒，安全端子掃描時間為4毫秒。TwinCATSAFE安全端子獨(dú)立于CPU運(yùn)行，當(dāng)CPU出現(xiàn)故障時，安全系統(tǒng)保證機(jī)組在極端情況下的順利停機(jī)。先進(jìn)的控制系統(tǒng)先進(jìn)的控制策略先進(jìn)的控制策略1、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制原代碼，已完全消化吸收。2、控制代碼多達(dá)20萬行，具有完善的機(jī)組控制流程，實(shí)現(xiàn)自動偏航、自動變槳、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制、功率閉環(huán)控制、自動啟停機(jī)等功能。3、機(jī)組故障狀態(tài)700個，全面監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，保證機(jī)組處于安全狀態(tài)。4、機(jī)組參數(shù)800多個，詳細(xì)的參數(shù)列表方便系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行。先進(jìn)的控制策略5、根據(jù)風(fēng)速的變化，風(fēng)輪可在限定的任何轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。6、在額定功率以下，槳葉調(diào)到0度，最大限度地獲取能量。7、可靠、快速地變頻調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率及功率因數(shù)。8、輸出功率穩(wěn)定，提供優(yōu)質(zhì)電能。9、三槳葉獨(dú)立的變槳傳動控制單元。10、完善的自動偏航功能。11、優(yōu)化的控制策略可提高抗臺風(fēng)能力。安全鏈原理安全鏈原理

安全鏈?zhǔn)仟?dú)立于計算機(jī)系統(tǒng)的最高一級保護(hù)措施。采用反邏輯設(shè)計，將導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于危險狀態(tài)的故障接點(diǎn)串聯(lián)成一個回路，一旦其中一個接點(diǎn)動作，將導(dǎo)致安全鏈斷開，觸發(fā)緊急停機(jī)。緊急停機(jī)后，只能手動復(fù)位后才能重新起動。安全鏈結(jié)點(diǎn)安全鏈節(jié)點(diǎn)：明陽1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在設(shè)計時對安全問題進(jìn)行了周全的考慮，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全鏈中包含的節(jié)點(diǎn)有：塔基急停按鈕信號機(jī)艙急停按鈕信號變槳急停信號安全鏈結(jié)點(diǎn)安全鏈節(jié)點(diǎn)：PCH振動大急停信號扭纜開關(guān)保護(hù)信號超速監(jiān)視器超速信號PLC系統(tǒng)故障安全鏈動作示意圖安全鏈觸發(fā)機(jī)組安全鏈中任意接點(diǎn)斷開都將引起機(jī)組急停，急停包括兩個狀態(tài)：急停1和急停2狀態(tài)。急停1狀態(tài)由除急停按鈕以外的安全鏈接點(diǎn)中的其他接點(diǎn)斷開引起，急停2狀態(tài)由急停按鈕觸發(fā)引起。機(jī)組急停后安全鏈復(fù)位必須手動完成。安全鏈觸發(fā)機(jī)組動作機(jī)組緊急停機(jī)，發(fā)出變槳緊急順槳（EFC）信號，槳葉由蓄電池供電轉(zhuǎn)到91o觸發(fā)限位開關(guān)◆塔基安全模塊DO輸出24VDC電源斷開，輸出指令切斷安全鏈觸發(fā)機(jī)組動作◆機(jī)艙安全模塊DO輸出24VDC電源斷開，輸出指令切斷◆變槳400VAC電源斷開◆轉(zhuǎn)子制動器抱閘（在轉(zhuǎn)速監(jiān)視器設(shè)定轉(zhuǎn)速以下）。機(jī)組復(fù)位因?yàn)闄C(jī)組的復(fù)位操作有權(quán)限限制，所以操作之前必須先登錄。復(fù)位狀態(tài)代碼：按下機(jī)艙柜上的復(fù)位故障碼按鈕；或按下塔基柜上的復(fù)位故障碼按鈕；機(jī)組復(fù)位復(fù)位安全鏈：按下機(jī)艙柜上的復(fù)位安全鏈按鈕；或按下塔基柜上的復(fù)位安全鏈按鈕；當(dāng)塔基與機(jī)艙柜上的檢修開關(guān)都不在檢修位置時，可在遠(yuǎn)程計算機(jī)上復(fù)位。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)的所有部件都安裝在輪轂上。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉(zhuǎn)。變槳系統(tǒng)的作用是控制風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)通過控制葉片的角度來控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)的輸出功率，并能夠通過空氣動力制動的方式使風(fēng)機(jī)安全停機(jī)。風(fēng)機(jī)的葉片（根部）通過變槳軸承與輪轂相連，每個葉片都要有自己的相對獨(dú)立的電控同步的變槳驅(qū)動系統(tǒng)。變槳驅(qū)動系統(tǒng)通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)都具有備用電池供電系統(tǒng)，以保證在發(fā)生嚴(yán)重故障或重大事故（比如變槳系統(tǒng)的主電源供電失效后）的情況下可以安全停機(jī)（葉片順槳到91度限位位置）。此外還需要一個冗余限位開關(guān)（用于100度限位），在主限位開關(guān)（用于91度限位）失效時確保變槳電機(jī)的安全制動。1.2.1功能描述

每個變槳驅(qū)動系統(tǒng)都配有一個絕對值編碼器安裝在電機(jī)的非驅(qū)動端（電機(jī)尾部），還配有一個冗余的絕對值編碼器安裝在葉片根部變槳軸承內(nèi)齒旁，它通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動記錄變槳角度。1.2.2

SSB變槳系統(tǒng)組成

SSB變槳控制系統(tǒng)有中控箱、軸控箱（3個）、電池箱（3個）、變槳電機(jī)（3個）組成。1.2.2

SSB變槳系統(tǒng)組成1.2.2

SSB變槳系統(tǒng)組成中央控制箱：主要用于電能分配和通過PLC控制器對槳葉進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。SSB變槳系統(tǒng)介紹軸控箱：電機(jī)驅(qū)動器，控制變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。SSB變槳系統(tǒng)介紹變槳電機(jī)：為直流串勵電機(jī)，驅(qū)動槳葉偏轉(zhuǎn)SSB變槳系統(tǒng)介紹電池箱：備用電源，外不斷電等等緊急故障時為順槳提供電力OAT變槳系統(tǒng)介紹

OAT變槳控制系統(tǒng)由中控箱、軸控箱（3個）、變槳電機(jī)（3個）組成。OAT變槳系統(tǒng)介紹

中控箱：主要功能是進(jìn)行電源分配。OAT變槳系統(tǒng)介紹軸控箱：內(nèi)有PMM、PMC控制器和電池組，功能是控制槳葉變槳，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向和緊急故障時為變槳電機(jī)提供電源。OAT變槳系統(tǒng)介紹變槳電機(jī)，變槳電機(jī)為交流電機(jī)。1.3偏航系統(tǒng)風(fēng)向總是變化的，為了捕獲最大的風(fēng)能，必須每隔一段時間計算一次風(fēng)向偏差，如果超過范圍，就要偏航對風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅(qū)動器、偏航制動器、潤滑泵、偏航位置傳感器組成。1.3.1偏航系統(tǒng)示意圖1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航軸承：偏航電機(jī)下面有一個小齒輪與大齒輪嚙合，這個大齒輪叫偏航軸承，由偏航電機(jī)驅(qū)動。偏航軸承承載機(jī)組中主要部件的重量，并傳遞氣動推力到塔架，軸承中含有齒圈，偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的小齒輪與之嚙合。1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航驅(qū)動器：驅(qū)動裝置由驅(qū)動電動機(jī)、減速器、傳動齒輪、齒輪間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。偏航驅(qū)動裝置要求起動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速均無振動現(xiàn)象。1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航電機(jī)：在風(fēng)力發(fā)電中，葉輪應(yīng)該總是處在對風(fēng)狀態(tài)，以便于風(fēng)輪最大程度的吸收風(fēng)能。偏航電機(jī)就起轉(zhuǎn)動機(jī)艙使葉輪對風(fēng)的作用。本風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共有4臺偏航電機(jī)。偏航制動器：直接液壓制動鉗，用于偏航對風(fēng)后固定機(jī)艙位置。2、雙饋發(fā)電系統(tǒng)

◆雙饋發(fā)電系統(tǒng)用于風(fēng)力發(fā)電等變速運(yùn)行的領(lǐng)域。風(fēng)速的頻繁而快速的變化使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度在大范圍內(nèi)變化，因此同步發(fā)電機(jī)不適合。

◆MY1.5S/Se風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子同電網(wǎng)直接相連，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)同雙饋?zhàn)冾l器相連，雙饋?zhàn)冾l器由電網(wǎng)供電，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行交流勵磁。雙饋發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)◆雙饋發(fā)電系統(tǒng)可以在發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的+/-30%之間的大范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)速的隨機(jī)變化會引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，隨著轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速的變化，通過變頻器改變交流勵磁的交流電的頻率，幅值，相序以及相位，以使定子輸出的電壓幅值和電流頻率保持恒定，同時可以向電網(wǎng)輸出感性或容性的無功。

雙饋發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)雙饋發(fā)電系統(tǒng)使用的雙饋?zhàn)冾l器其容量只占整個機(jī)組容量的1/4~1/3，對于1.5MW的機(jī)組，只需要容量為500KVA的雙饋?zhàn)冾l器，容量的減少直接降低了變頻器的成本。雙饋?zhàn)冾l器雙饋?zhàn)冾l器雙饋?zhàn)冾l器雙饋?zhàn)冾l器變頻器功能：1、實(shí)現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制雙饋異步發(fā)電機(jī)的勵磁電源來自電網(wǎng)，且勵磁電流為直流，變頻器在這個環(huán)節(jié)上的作用就是從電網(wǎng)吸收電源進(jìn)行整流，給發(fā)電機(jī)提供勵磁電流，并且變頻器要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁交流電壓的頻率和相序，使轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速同電磁轉(zhuǎn)速的矢量和等于同步轉(zhuǎn)速。使異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行類似于同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。

雙饋?zhàn)冾l器2、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與外部電網(wǎng)的連接由于風(fēng)是不穩(wěn)定的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，其功率也隨之變化，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組與外部電網(wǎng)的柔性連接，需要對機(jī)組輸出電壓、頻率、相位進(jìn)行調(diào)節(jié)以保持和電網(wǎng)一致。變頻器的實(shí)現(xiàn)的功能就是對機(jī)組輸出電壓、頻率、相位進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足并網(wǎng)條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與外電網(wǎng)相連。

雙饋?zhàn)冾l器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)變頻器的功能3、保護(hù)傳動單元、支撐電網(wǎng)（LVRT)這個功能是通過Crowbar來實(shí)現(xiàn)的，Crowbar用來在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時防止出現(xiàn)過電壓，例如在電網(wǎng)失壓或電網(wǎng)短路時。Crowbar包括Crowbar